UHVDC和地磁暴对埋地管道电磁干扰的实验研究

发布时间：2020-11-21 11:43

　　 特高压直流输电(UHVDC)接地极入地电流和地磁暴对埋地管道的干扰效应是电网和油气管网发展需要研究的问题,该问题涉及电工学、工程学、空间物理和地球物理等学科,单靠理论分析存在一定的局限性,需要科学实验证明。本文通过管道杂散电流(包括地磁感应电流GIC)和管地电位(PSP)的监测实验和建模计算,分析了 UHVDC和地磁暴干扰埋地管道的特征和规律,并在此基础上提出了有效的管道杂散电流防治方案。主要内容及成果如下:(1)根据埋地管网的结构和特点,设计杂散电流和PSP监测实验方案,首次获得了接地极地电流和地磁暴侵害中低纬管道的杂散电流(地磁感应电流GIC)和PSP监测数据。结果表明,在6250A接地极入地电流时,距接地极150km管道的杂散电流为3.3A,PSP偏移量会超过100mV,距接地极60km管道的杂散电流为7A,PSP偏移量为900mV;中小地磁暴的GIC为3.98A,PSP偏移量相对较小,大地磁暴的GIC为7.5A,PSP偏移量为430mV。这些实验数据,为认识接地极地电流和地磁暴干扰管道的特征和规律提供了依据。(2)结合三维大地电阻率模型和经典传输线理论对管道杂散电流和PSP算法进行改进,利用监测数据说明了算法的准确性;获得了管道离UHVDC接地极距离对埋地管道影响的特征和规律,确定了 UHVDC干扰管道下杂散电流和PSP的影响因素,包括阴极保护电流大小、绝缘接头间距以及管道的走向和结构参数的关系,认识了距离接地极50-60公里的管道需要采取防腐措施。(3)采用三维大地电阻率模型和分布源式传输线理论相结合的方法,对管道的GIC和PSP的理论计算方法进行了改进,通过仿真计算结果和监测实验测量结果的对比,验证了地磁暴侵害埋地管道干扰效应模型、算法的正确性,获得了中小和大地磁暴侵害埋地管道的GIC和PSP效应的特征和规律,确定了不同强度地磁暴侵害埋地管道可能造成管道腐蚀的影响因素,认识了地磁暴电磁干扰对中低纬埋地管道的腐蚀影响较大。本文的监测实验和理论计算取得的研究成果,改变了以往地磁暴对高纬地区管道影响大和大地磁暴存在影响的错误认识,探明的埋地管道的杂散电流(GIC)和PSP效应的特征和规律,对管道的腐蚀防治具有重要的意义。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM721.1
【部分图文】：

Ｆｉｇ．?１－２?ＵＨＶＤＣ?ｇｒｏｕｎｄ?ｒｅｔｕｒｎ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ??１．１．２地磁暴对埋地管道的电磁干扰问题??由于中低纬国家对地磁暴ＧＭＤ侵扰地基系统的研究不够，中低祎油气管道??ＧＩＣ干扰较小是目前的普遍认识地面管网系统的地磁干扰问题仅在高纬国??家得到重视。然而，在地磁暴ＧＭＤ的驱动机制上，高、低纬地区有所不同，高??磁纬地区的ＧＭＤ主要与极光电集流有关，驱动ＧＭＤ的极光电集流东西向流动，??感生地电场也为东西向，因此高纬地区ＧＭＤ在东西走向的输油气管道中产生的??ＧＩＣ大［｜７］；而在中低纬地区空间电流体系中，起主要作用的是赤道环电流和场??向电流［｜８１，因此高纬地区的电离层电流效应及规律不适用中低纬地区。??此外，与ＵＨＶＤＣ接地极地电流对埋地管道的电磁干扰相比，地磁暴的干扰??是全球性的，其对管道的影响范围更广［１９｜；在管道的ＧＩＣ和ＰＳＰ的产生机理上，??根据法拉第电磁感应定律，地磁暴产生的交变磁场在管道中贲接感应出电场，通??过管道金属外壁、绝缘涂层、漏点与大地形成回路，从而产生电流和电位干扰［２（）］，??这一过程导致ＧＩＣ和ＰＳＰ的偏移量随着管道长度的增加而增大［２１１。随着国家经??

Ｆｉｇ．?１－２?ＵＨＶＤＣ?ｇｒｏｕｎｄ?ｒｅｔｕｒｎ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ??１．１．２地磁暴对埋地管道的电磁干扰问题??由于中低纬国家对地磁暴ＧＭＤ侵扰地基系统的研究不够，中低祎油气管道??ＧＩＣ干扰较小是目前的普遍认识地面管网系统的地磁干扰问题仅在高纬国??家得到重视。然而，在地磁暴ＧＭＤ的驱动机制上，高、低纬地区有所不同，高??磁纬地区的ＧＭＤ主要与极光电集流有关，驱动ＧＭＤ的极光电集流东西向流动，??感生地电场也为东西向，因此高纬地区ＧＭＤ在东西走向的输油气管道中产生的??ＧＩＣ大［｜７］；而在中低纬地区空间电流体系中，起主要作用的是赤道环电流和场??向电流［｜８１，因此高纬地区的电离层电流效应及规律不适用中低纬地区。??此外，与ＵＨＶＤＣ接地极地电流对埋地管道的电磁干扰相比，地磁暴的干扰??是全球性的，其对管道的影响范围更广［１９｜；在管道的ＧＩＣ和ＰＳＰ的产生机理上，??根据法拉第电磁感应定律，地磁暴产生的交变磁场在管道中贲接感应出电场，通??过管道金属外壁、绝缘涂层、漏点与大地形成回路，从而产生电流和电位干扰［２（）］，??这一过程导致ＧＩＣ和ＰＳＰ的偏移量随着管道长度的增加而增大［２１１。随着国家经??

第２章ＵＨＶＤＣ和地磁暴干扰埋地管道机于ＵＨＶＤＣ和地磁暴干扰下埋地管道腐蚀风险评估的需要，本章管网的基本结构进行研宄，以此为基础分析ＵＨＶＤＣ和地磁暴产扰效应的机理过程，完成杂散电流引起管道腐蚀原理的分析，最扰源的特征和对管道腐蚀量的影响进行对比研宄。??地油气管网的基本结构??管道的构造与特点??地油气管道通常包括输油管道和天然气管道，由于ＵＨＶＤＣ和地主要关注管道的电气特性，而输油管道和输气管道的电气参数组别是输油管道的管径一般比输气管道的小，因此，本文在无特殊将输油管道和天然气管道统称为管道。??
【参考文献】

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本文编号：2892948